¿Por qué vuela un avión? (actualizado)
Ahora que desgraciadamente tanto se habla de aviones, me ha entrado la curiosidad por conocer el principio en el cual se fundamenta el vuelo. Aunque existen numerosos recursos en Internet mucho más precisos y detallados os hago un resumen mínimo para aquellos que también quieran saber cómo es posible que una máquina tan grande y pesada sea capaz de elevarse y mantenerse en el aire.
Fuerzas
Un avión experimenta diferentes fuerzas cuando está en el aire:
• Empuje o tracción: Es una fuerza producida por los motores del avión, que “empuja” al mismo hacia adelante, en oposición a la fuerza de resistencia que ejerce la masa de aire.
• Resistencia aerodinámica: Fuerza que se opone al desplazamiento de objetos a través de fluidos. Desde el punto de vista físico los gases también se consideran fluidos. El diseño del avión debe minimizar esta resistencia.
• Peso: Debido al efecto de la gravedad, conocido por todos. Esta fuerza ejerce un empuje hacia abajo.
• Sustentación: Es el elemento clave. Se trata de una fuerza que ejerce empuje hacia arriba, contrarrestando la fuerza del peso.
Cómo se consigue la fuerza de sustentación
Esta fuerza se consigue gracias al perfil de las alas. Su diseño muestra la cara inferior plana mientras que la cara superior es de forma redondeada, con menor grosor en la parte trasera.
Puesto que el avión avanza debido a la fuerza de empuje, nos encontramos con una corriente de aire que “choca” contra el ala. Debido al diseño del perfil se provocan varios efectos. Por un lado en la parte más estrecha las líneas de corriente se ensanchan, creando una zona de sobre presión por debajo del ala que crea una fuerza vertical ascendente.
Pero el efecto más importante es el que se produce en la parte redondeada. Las líneas de corriente se comprimen, con lo que las moléculas de aire aumentan su velocidad de paso (el aire se mueve más rápidamente en esa zona). Esto crea un efecto de succión hacia arriba en la parte superior del ala.
Estos efectos se explican parcialmente con las leyes de Bernoulli de comportamiento de fluidos moviéndose a lo largo de una línea de corriente.
Conjugar las fuerzas
Para que el avión pueda volar la fuerza de empuje debe vencer a la fuerza de resistencia y la fuerza de sustentación debe vencer a la fuerza creada por el peso.
Actualización
LF Gimenez nos aclara:
La sustentación (fuerza en el eje vertical) que se genera por diferencias de presión debidas a las leyes de Bernoulli es una parte muy pequeña de la sustentación total.
El resto de sustentación se genera por la cantidad de aire que las superficies aerodinámicas (alas) deflectan hacia abajo por el ángulo relativo entre la trayectoria del avión y el ángulo de la parte inferior del ala (intradós) dependiendo de la velocidad relativa del aire. Por el principio de acción - reacción la fuerza con la que se mueve la masa de aire deflectada hacia abajo, es la fuerza de sustentación.
Agosto 27th, 2008 at 4:34 pm
Nota aclaratoria
La sustentación (fuerza en el eje vertical) que se genera por diferencias de presión debidas a las leyes de Bernoulli es una parte muy pequeña de la sustentación total.
El resto de sustentación se genera por la cantidad de aire que las superficies aerodinámicas (alas) deflectan hacia abajo por el ángulo relativo entre la trayectoria del avión y el ángulo de la parte inferior del ala (intradós) dependiento de la velocidad relativa del aire. Por el principio de acción - reacción la fuerza con la que se mueve la masa de aire deflectada hacia abajo, es la fuerza de sustentación.
Agosto 27th, 2008 at 7:19 pm
Eso es lo que yo queria decirle a McOwen pero no sabia bien como explicarlo. Durante mucho tiempo se daba la explicacion simplista de que los aviones volaban gracias al efecto Bernouilli y muchos nos lo creíamos por que nos parecía muy chulo y mágico eso de que la diferencia de presiones tirase hacia arriba de moles de cientos de toneladas, pero la realidad es que los aviones se sustentan al fin y al cabo por lo mismo que los helicopteros o los harrier, por el aire que lanzan hacia abajo.
Agosto 30th, 2008 at 12:07 am
Puesto que veo que no funciona el trackback, lo pongo aquí:
http://geekwars.wordpress.com/2008/08/29/%C2%BFpor-que-vuela-un-avion/
Gracias es una gran articulo
Diciembre 16th, 2008 at 7:53 pm
Buenas,
Tenéis una pequeña imprecisión. Lo que llamáis efecto Bernoulli (es decir la diferencia de presiones) es lo que hace sustentar al avión. El avión sólo va a ver las fuerzas directamente aplicadas sobre el mismo (es decir presión y fricción) y el que haya más presión sobre un lado que sobre otro (intrados/extradós) es lo que sustenta.
Sin embargo hay dos manera de medir lo mismo. Uno se puede poner en el avión y decir,¿qué siente el avión? y la respuesta sería la fuerza de presión mayor abajo que arriba. O uno puede decir, ¿qué le hace el avión al aire? lo deflecta, hacia abajo. El que aire se deflecte hacia abajo es simplemente el principio de acción reacción si el aire hace una fuerza “para arriba” sobre el avión el avión hará una sobre el aire para abajo (y lo deflectará).
Que el aire se deflecte hacia abajo y el “efecto bernoulli” (ojo el aire es compresible!!!) es lo mismo.
¿Cómo sabéis si un coche derrapa? Por lo que le pasa a la rueda (que desliza sin avanzar el coche) o porque veis que la rueda ha dejado marca en el suelo (es el mismo efecto pero visto en dos sitios distintos)